Transparent thermal insulation - an exciting innovation - is able to create a heat flow from the outside to the inside of the building, thereby combining the advantages of passive solar energy with that of conventional thermal insulation.

One example of this new transparent heat-insulation connection system (Transparentes Wärmedämmverbundsystem, or TWDVS) is produced by the company Sto and was used in Linz in a four-level multifamily home - belonging to the WAG (Wohnungsanlagen GesmbH) - for the first time. During renovation of this building, the insulation system was installed in about 120 square metres, of the total outside-wall surface of 1,657 m². Calculations from this project show that an annual solar-energy gain of 70 kWh/m² can be achieved.

The TWDVS system was designed primarily to change solar radiation into usable heat, but its special construction gives it many additional advantages. It admits sunlight selectively, offering about three to four times as much sunlight in winter, when the sun is lower, than in summer. This selectivity also means that TWDVS, unlike other systems, does not need to be shaded from sunlight in the summer.

The mounting of the TWDVS takes place on site, after the conventional insulation has been applied. Prefabricated elements from the factory are inserted into specially created recesses. TWDVS elements come in different shapes, thicknesses and colours, making them adaptable to different architectural and design requirements.

TWDVS not only reduces energy consumption in new buildings. As shown by the example in Linz, it can be included in renovations and significantly can reduce energy consumption in older structures.

> Zusammenfassung
> Sanierung eines Mehrfamilienhauses
> Projektorganisation
> Allgemeines
> Transparentes Wärmeverbundsystem (TWVDS)
> Projektdaten

Mit der transparenten Wärmedämmung ist es möglich, einen Wärmefluss von außen in das Innere eines Gebäudes zu bewirken. Sie verknüpft die Vorteile der passiven Sonnenenergienutzung mit denen der konventionellen Wärmedämmung.

In Linz wurde erstmals an einem viergeschoßigen Mehrfamilienhaus der WAG das "Transparente Wärmedämmverbundsystem" (TWDVS) der Firma Sto AG angebracht. Im Rahmen einer Sanierung des Gebäudes wurden etwa 120 m² der gesamten Außenwandfläche von ca. 1.700 m² mit diesem System ausgestattet. Es wird damit gerechnet, dass sich bei diesem Projekt ein jährlicher solarer Energiegewinn von 70 kWh/m² erzielen lässt.

Neben dem eigentlichen Vorteil dieses Systems, Sonnenstrahlung in nutzbare Wärme umzuwandeln, besitzt das TWDVS aufgrund seines speziellen Aufbaus noch weitere positive Eigenschaften. Wegen seiner selektiven Wirkung ist im Winter, bei tieferem Sonnenstand, der Durchlaß für die Sonnenstrahlung etwa drei- bis viermal so hoch wie in den Sommermonaten. Dies ist auch ein wesentlicher Grund dafür, daß das TWDVS - im Gegensatz zu anderen Systemen - im Sommer nicht beschattet werden muss.

Die Montage des TWDVS auf der Baustelle erfolgt derart, daß die fabrikseitig vorgefertigten Elemente in die dafür vorgesehenen Ausnehmungen in der zuvor aufgebrachten herkömmlichen Dämmschicht eingefügt werden.

Die Wärmeverluste und damit der Heizenergiebedarf eines Gebäudes können wesentlich durch eine Wärmedämmung der Gebäudehülle verringert werden. Führt man diese Dämmung teilweise in Form einer transparenten Wärmedämmung aus, so ist es dadurch nicht nur möglich, den Wärmefluss von innen nach außen zu verringern, sondern sogar einen Wärmefluss von außen nach innen zu erzielen.

Die verschiedenen transparenten Wärmedämmsysteme, die sich in ihrem Aufbau voneinander unterscheiden, funktionieren alle nach dem gleichen Prinzip:

Die Sonnenstrahlung durchdringt eine transparente Deckschicht sowie ein transparentes Wärmedämmaterial und wird beim Auftreffen auf das dahinterliegende Mauerwerk in Wärme umgewandelt. Das Mauerwerk dient als Wärmespeicher, der die Wärme mit einer gewissen Zeitverzögerung an die Innenräume abgibt.

In gleicher Weise arbeitet auch das in diesem Projekt-Info beschriebene "Transparente Wärmedämmverbundsystem" (TWDVS).

Dieses TWDVS kann nicht nur bei Neubauten, sondern auch bei Sanierungsmaßnahmen an Altbauten angewendet werden. Vorteilhaft wirkt sich der spezielle Aufbau des TWDVS aus, da dieser mit dazu beiträgt, dass - im Gegensatz zu anderen Systemen - die transparenten Flächen im Sommer nicht beschattet werden müssen, um eine übermäßige Erwärmung der Innenräume zu vermeiden.

Erstmals in Österreich wurde auf einem Mehrfamilienhaus ein TWDVS angebracht. Diese sehr innovative Energietechnologie wurde von der Wohnbaugesellschaft WAG (Wohnungsanlagen GesmbH) bei der Sanierung eines Gebäudes in Linz eingesetzt. Die Planung erfolgte gemeinsam durch den O.Ö. Energiesparverband und die Firma Sto AG.

Bei dem Pilotprojekt wurden 120 m² des TWDVS montiert. Man rechnet mit einem jährlichen solaren Energiegewinn von etwa 70 kWh pro Quadratmeter.

Wenn die erwarteten Ergebnisse eintreten, wird diese neue Energietechnologie in Zukunft verstärkt zum Einsatz kommen.

Projektpartner

O.Ö. Energiesparverband
Landstraße 45
A-4020 Linz

Fa. Bauer, Ulrichsberg

Die konventionelle Wärmedämmung hat die Aufgabe, die Transmissionsverluste eines Gebäudes - also den Wärmefluss vom Inneren eines Gebäudes nach außen - zu verringern. Verwendet man an Stelle dieser lichtundurchlässigen (opaken) Dämmschicht teilweise ein transparentes Wärmedämmmaterial, so ist es darüberhinaus möglich, einen Wärmefluss von außen in das Innere eines Gebäudes zu ermöglichen. Man spricht in diesem Fall von "Transparenter Wärmedämmung (TWD)" (Abb. 1). Die TWD verknüpft die Vorteile der passiven Solarenergienutzung mit denen herkömmlicher Wärmedämm-Verbundsysteme. Großflächige Verglasungen verursachen bei Sonnenschein Überhitzungen und nachts erhöhte Wärmeverluste. Bei einer kombinierten Fassadengestaltung mit Fenstern und Flächen mit TWD werden die passiven solaren Gewinne sofort wie auch zeitverzögert in den Wohnraum eingebracht.

Die TWD stellt eine neue Maßnahme zum Energiesparen dar, durch deren Einsatz der Energieverbrauch gesenkt werden kann.

Prinzipieller Systemaufbau

Beim Aufbringen des konventionellen Wärmedämm-Verbundsystems - auf Polystyrol- oder Steinwolle-Basis - auf das massive Mauerwerk werden bestimmte Flächen der Wand ausgespart (Abb. 2). Auf diese Flächen wird zunächst eine Absorberschicht aufgebracht. Diese hat einerseits die Funktion, das auftreffende Sonnenlicht in Wärme umzuwandeln, und zugleich dient sie als Kleber, mit der die TWDVS-Elemente an der Mauer befestigt werden.

Das TWDVS-Element selbst hat eine Kapillarstruktur und besteht aus lichtdurchlässigem und mechanisch widerstandsfähigem Polycarbonat. Dieser Aufbau gewährleistet einen hohen Wärmedämmwert (Wärmeleitzahl 0,08 W/m, K).

Ein Putz aus kleinen Glaskugeln bildet die Abdeckung dieses Systems. Die Glaskugeln, mit einem Durchmesser von zwei bis drei Millimeter, sind in eine transparente Matrix eingebunden und durch ein Glasvlies mit der Kapillarplatte verbunden (Abb. 3).

Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom Sonnenstand

Abhängig vom Einfallswinkel wird ein Teil des auftreffenden Sonnenlichts an der Oberfläche des TWDVS reflektiert. Je höher der Sonnenstand, umso größer ist auch der Reflexionsgrad.

Aufgrund der unterschiedlichen Sonnenstände in Sommer und Winter (für eine Südfassade betragen sie zu Mittag 65° bzw. 18°) ergeben sich jahreszeitlich verschiedene Reflexionsgrade. Der Durchlass für die Sonnenstrahlung ist im Winter etwa drei- bis viermal höher als in den Sommermonaten. Der Wirkungsgrad des Systems ist also im Winter, gerade dann, wenn der höchste Wärmegewinn erwünscht wird, am höchsten. Im Sommer ist er am geringsten, was mit dazu beiträgt, dass es in Häusern, die mit dem TWDVS gedämmt sind, nicht zu unangenehm hohen Temperaturen kommt. Hinzu kommt, dass das TWDVS nur an Teilflächen der Fassade angebracht wird und seinen Wärmegewinn erst mit einer Zeitverzögerung von durchschnittlich 6 - 8 Stunden - also am kühleren Abend - an den Innenraum abgibt. Aus diesen Gründen kann auf eine (kostenintensive, störanfällige) Beschattung der transparenten Flächen an der Fassade verzichtet werden.

Bei der Umwandlung von Licht in Wärme erreicht der Absorber einen Wirkungsgrad von etwa 95 % und maximale Temperaturen von 70°C (Südfassade). Bei diesen Temperaturen ist eine Schädigung des Mauerwerks oder der Systemkomponenten ausgeschlossen. Der Systemdurchlass bis zur Absorberschicht liegt bei senkrechtem Lichteinfall bei 50 bis 60 Prozent.

In Abhängigkeit von der Ausrichtung der TWDVS-Fassade zur Sonne, einer eventuell vorhandenen Beschattung durch Bäume oder Gebäude, der Wahl der Dämmstoffdicke und des geplanten oder vorhandenen Mauerwerks ist mit einem jährlichen solaren Energiegewinn von 70 kWh bis 120 kWh pro m² zu rechnen.

Einfluss der Fassadenorientierung

Die Südfassade wird bevorzugt mit dem TWDVS belegt. Auch die Ost- und Westfassaden sind geeignet, jedoch ist hier aufgrund der tieferen Sonnenstände am Vormittag und am Nachmittag mit höheren Innenraumtemperaturen zu rechnen (Abb. 4). Gegenüber der Nordfassade ist der Energiegewinn an diesen Fassaden zwei- bis dreimal höher. Doch selbst an der Nordfassade bringt das TWDVS noch einen Gewinn gegenüber der konventionellen Dämmung. Sind es an der Südfassade pro Quadratmeter TWDVS 120 kWh, werden an der Nordfassade immerhin noch 30 bis 40 kWh gewonnen.

Erfahrungswerte zeigen, dass sich die beste Effizienz des TWDVS bei einem Flächenanteil von 25 % auf der Südseite ergibt (Abb. 5).

Elementbauweise

Bei der Montage werden die einzelnen Komponenten des TWDVS nicht Schicht für Schicht auf der Baustelle aufgebaut, sondern der komplette Systemaufbau wird fabrikseitig vorproduziert und als fertige Elemente auf die Baustelle geliefert.

Auf dem Element befindet sich ein allseitiger fünf Zentimeter breiter Armierungsstreifen, in dem ein 15 Zentimeter breiter Gewebestreifen fixiert ist. Das TWDVS-Element wird in die vorgesehene Ausnehmung eingefügt, und das überstehende Gewebe wird mit dem Gewebe der opaken Dämmung überlappt und in die umgebende Armierung eingebettet.

Nach der Durchtrocknung der Armierungsschicht wird noch der opake Deckputz an den transparenten Putz angearbeitet.

Das Einzelelement besitzt ein Maximalformat von 190 cm x 110 cm, die verfügbaren Standard-Dämmstoffstärken - sie müssen der Dicke der konventionellen Dämmplatte entsprechen - betragen 8, 10, 12 und 14 cm.

Objektplanung

Folgende Voraussetzungen müssen gegeben sein, wenn das TWDVS auf eine Fassade aufgebracht werden soll:

• Um die erforderliche gute Wärmeleitfähigkeit und Speicherwirkung zu erreichen, ist ein Massivmauerwerk (Rohdichte mindestens 1200 kg/m3), also eine entsprechende Masse, notwendig. Dadurch ist auch eine gute Wärmeleitung der Mauer gegeben, wodurch die Wärmeenergie überwiegend zur Innenseite der Wand abgeführt wird.
• Die Oberfläche des Mauerwerks muss im Bereich der TWDVS-Elemente klebegeeignet sein oder entsprechend vorbehandelt werden.

• Das gesamte Objekt muß mit einer Wärmedämmung versehen werden.

Bei der Wahl der Flächen spielen gestalterische Aspekte, die Fassadenorientierung, die Raumnutzung sowie das Platzangebot an der Fassade eine Rolle.

Aufgrund der Veränderbarkeit der TWDVS-Elemente in der Form und in der Farbtönung eignet sich dieses System auch zur architektonischen Fassadengestaltung.

Bei dem ausgewählten Gebäude in Linz handelt es sich um ein Mehrfamilienhaus aus der Mitte der 60-er Jahre. Das viergeschoßige Haus besitzt eine Bruttogeschoßfläche von 4 x 660 m² und eine Außenwandfläche (ohne Fenster) von rund 1.700 m².

Grundlage für die Durchführung des Projektes war eine genaue Wärmebedarfsberechnung, wie sie grundsätzlich immer vor der Sanierung von Gebäuden durchgeführt werden sollte. Die daraus abgeleiteten Sanierungsmaßnahmen ergaben eine mögliche Reduktion des Heizenergiebedarfes von über 50 %. Außerdem ergab sich, dass der zusätzliche Einsatz des transparenten Wärmedämmverbundsystems weitere 5 % Einsparung bringt, wodurch noch einmal etwa 8.200 kWh pro Jahr eingespart werden können.

Bedingt durch die Gebäudeausrichtung und die vorgegebenen Fassaden- (Fenster-) flächen, wurden an der Südostfassade ca. 40 m², an der Südwestfassade ca. 53 m² und an der Nordwestfassade ca. 27 m² - also insgesamt etwa 120 m² - des TWDVS angebracht.

Es wird damit gerechnet, dass sich damit ein jährlicher solarer Energiegewinn von etwa 70 kWh je Quadratmeter erzielen läßt. Abbildung 6 zeigt Gliederungsvorschläge der transparenten Dämmflächen an der Nordwest-Fassade.

Kosten

Die Materialkosten für ein TWDVS mit einer Dicke von 10 cm betragen bei diesem Pilotprojekt etwa 146 Euro pro m². Sie setzen sich zusammen aus den Kosten für den Absorber, die transparente Dämmplatte, die Grundierung, die Armierungspaste, den Glasputz sowie zwei Versiegelungen.

Berücksichtigt man die Einsparungen an konventionellem Dämmaterial sowie vor allem jene an Heizkosten, so liegt das installierte TWDVS derzeit knapp im Bereich der Wirtschaftlichkeit.

Sollten bei dem in Linz durchgeführten Projekt die erwarteten Ergebnisse eintreten, so ist in Zukunft mit Sicherheit ein verstärkter Einsatz dieser neuen Energietechnologie zu erwarten.

Abbildung 1

Abb. 1: Prinzip des transparenten Wäremdämmverbundsystems

Abbildung 2

Abb. 2: Ausgesparte, mit Absorber beschichtete Fläche in der Dämmschicht

Abbildung 3

Abb. 3: Aufbau des TWDVS

Abbildung 4

Abb. 4: Einfluss der transparenten Dämmfläche auf die maximale Raumlufttemperatur bei einem Testobjekt

Abbildung 5

Abb. 5: Einfluss der transparenten Dämmfläche auf die jährliche dämmflächenbezogene Energieeinsparung

Abbildung 6

Abb. 6: Verschiedene Vorschläge zur Gliederung der transparenten Dämmflächen auf der Nordwest-Fassade